新手问个 OpenGL 工作原理的问题

[maxxfire]

首先惭愧的说玩过不少游戏，但是对 OpenGL 却知之甚少。今天机缘巧合了解了一下，引发了一些疑问，如下：

1. OpenGL 是一种 API 编程接口，但这个接口是规范在哪一层，应用层？驱动层？甚至是一种硬件规范？

2. OpenGL 定义了一种着色器语言，这是一种解释型语言 /还是编译型语言？是跑在 CPU 上还是直接跑在 GPU 上？

3. Linux 上万物皆文件。显卡上有多个 GPU 核心和显存，那么它在 Linux 系统上暴露出来的是不是一系列的字符设备 /块设备？

4. 多任务在 CPU 上工作时，系统提供了进程上下文切换。那么开多个窗口跑多个游戏，是不是也有显卡的上下切换，这是操作系统提供的?什么机制？

或者有什么书籍可以解释这些，帮忙推荐一下，谢谢！

[charten]

WebGL 属于 OpenGL ES 2 的子集，而 OpenGL ES 又是 OpenGL 的子集，那么四舍五入我也算是学过 OpenGL （的皮毛）了。

[glumess]

学习 OpenGL 可以关注一下我的公众号：音视频开发进阶，或者博客 https://glumes.com 当时学的时候写了不少博客，一起交流学习一下。
OpenGL 是 Khronos Group 组织开发维护的一个接口规范，具体的实现是由驱动厂商完成。
着色器语言按区分应该编译型语言，最终编译成二进制的。
GPU 那块的切换机制就不太懂了....

[charten]

我能回答的只能是 2 了，shader 着色器语言属于编译型语言，根据不同显卡的指令集，编译成对应的可执行二进制码，在 GPU 上执行。编译是在 CPU 上编译，执行是在 GPU 执行。

[crackhopper]

了解的不多。尽量答一下
1. OpenGL 的调用像是在驱动层，但并不是给操作系统设计的，是给应用程序设计的规范。应用程序接入 OpenGL 会直接操作显卡，不走操作系统驱动。当然创建设备上下文的时候系统应该会有一定的工作。
2. 着色器语言是编译型语言，一般会由 GPU 厂商提供编译器，链接的时候会和 CPU 的编译器的产出链接到一起。着色器程序直接跑在 GPU 上。
3. 显卡是用文件标识的。多核心和显存，我不确定，我觉得是 OpenGL 还有 CUDA 这种 SDK 帮忙助理的。GPU 多核心一般很多，上千个，而且一般不会细粒度操作（就是一般不会对指定某个核心做某个事情，都是多核心协同运作）。显存本身是 GPU 的一部分，单独作为一个文件设备来映射还是挺诡异的。
4. 显卡不对进程管理。虽然显卡会标注不同进程用了多少资源。但显卡更像是一个接收到命令，然后执行的一个东西。当进程切换的时候，如果进程窗口还在，那么对应的渲染还会执行；只不过上层窗口后渲染，覆盖了之前的区域。如果窗口最小化了，那么操作系统应该会有优化对设备上下文进行管理，实际不发生渲染。
里面部分有我的猜测，如果不正确欢迎指正。

[misaka19000]

据我了解 OpenGL 只是一种规范，类似于 HTML

[23571113]

1. 如果你不是写驱动的或写系统的, 你能调用的 API 基本都是在应用层.
2. 编译, 因为是跑在显卡上的, 而显卡不是通用计算设备(CPU), 没法给你解释.
3. CPU 对于周边设备控制大部分都是靠写内存, GPU 也不例外.
4. 实际上显卡渲染的是显存的数据, 而显存的数据在内存也有一份相同的, 显卡定时到内存对应地址拿数据更新, 因此 CPU 上下文切换和显卡没什么关系. 如果没有优化基本就是 while 循环遍历每个对象渲染.

[crackhopper]

@23571113 我感觉自己也明白了很多，感谢~
有个问题：比如用 shader 渲染的结果应该是保存在显存中。但你说显卡定期去内存同步。那会不会内存的结果覆盖显存的结果呢？我猜测是有个机制，部分覆盖，部分不覆盖。

[across]

1. 记得这个术语叫硬件抽象层吧，OpenGL 内部实现了对硬件的支持，所以应用层可统一调用（所以叫驱动似乎也没啥问题···）

2. 编译。你写过 GLSL 就知道，还有语句是加载代码并进行编译的，OpenGL 代码自然运行在 GPU 上，和硬件紧密相关。

3. linux 不知道

4. OpenGL 自己也是有上下文的，就是 OpenGL Context，内部状态机。

OpenGL 教材就经典的那两本：
OpenGL 编程指南
OpenGL 超级宝典

红蓝宝书····
外加 OpenGL-ES 有一本 OpenGL ES 3.0 编程指南。
看网络教程也行，不过初次上手挺难消化的，反复看书好点。

[23571113]

@crackhopper 就是要覆盖, 要不你游戏中的小人怎么动呢? CPU 负责游戏逻辑(比如改变小人的这个对象的坐标, 然后显存也会延迟更新) , GPU 只是单纯负责让你在屏幕上看到的效果罢了.

[across]

@across
第二点回答得模糊了。
着色器语言 GLSL 是运行在 GPU 上，针对硬件操作的。OpenGL 语言中就有读取文本格式的 GLSL 代码并编译的语句。

[gggxxxx]

1. 应用层
2. 编译型，gpu 执行
3. 这种思路去看待 opengl 是错误的，你把 opengl 当作一个可以操作 gpu 的 sdk 就行了，任何操作一切按照 opengl 的规范来就是
4. 操作系统提供

[TSai2019]

微软推出 dx,苹果推出 metal
是不是证明了 gl 并不靠近底层，且效率不高

[crackhopper]

@23571113 小人动画啥的，有的是在 CPU 上算的，存内存，按照您说的应该是 ok 的；有的则是把矩阵传递给 GPU 在 GPU 上进行变换的，变换结果应该直接存放在显存里，如果后面再去 CPU 同步那么结果就被覆盖了？比如 fragment shader 这种的。